DE2630361A1

DE2630361A1 - Verfahren und vorrichtung zum unterwasserschweissen

Info

Publication number: DE2630361A1
Application number: DE19762630361
Authority: DE
Inventors: Dominique Prosperi
Original assignee: COMEX
Current assignee: COMEX
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1976-07-06
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS5215442A; BR7604666A; FR2318656A1; NO762514L; IT1070626B; FR2318656B1; SU648057A3

Description

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Bam 3677

S.A. Compagnie Maritime d'Expertises-COMEX Marseille / Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Unterwasserschweißen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Unterwasserschweißen in einer versenkten Kammer, die mit einem von den Schweißern, die in der Kammer arbeiten, einatembaren Gasgemisch gefüllt ist.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Gasgemisch zunächst über eine Platinkatalysatorschicht zur Oxidation des durch das Schweißen erzeugten Kohlenmonoxyds in Kohlendioxyd und dann über einen Koh1endioxydabsorber ständig umgewälzt.

Die Schweißarbeiten, insbesondere beim Lichtbogenschweißen mit ummantelten Elektroden setzen Kohlenmonoxyd frei, das bei geringem Gehalt giftig ist, und aus diesem Grund wird in den versenkten Schweißkammern, in denen das Gasgemisch ständig umgewälzt wird, der Kohlenmonoxydgehalt sehr schnell lebensgefährlich, wenn keine Maßnahme ergriffen wird. Deshalb sind die Schweißer, die in den versenkten Kammern arbeiten, üblicherweise mit einem Atemgerät ausgestattet, da die Verfahren zur Unterdrückung von Kohlenmonoxyd nicht sicher sind. Diese Art Maske behindert sie jedoch stark.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, es den Schweißern zu ermöglichen, das in der Kammer enthaltene Gasgemisch einzuatmen und ohne Maske frei von Lebensgefahr arbeiten zu können.

Die katalytische Oxidation von in versenkten Schweißkammern, die allgemein Überdruckkammern sind, enthaltenen Gasgemischen ist umso schwieriger zu verwirklichen, als man das Gemisch nicht auf eine zu hohe Temperatur erhitzen kann, da es von den Schweißern eingeatmet werden muß. Andererseits ist der Sauerstoffanteil in dem Gemisch umso niedriger, je mehr die Eintauchtiefe zunimmt, was die Oxidation erschwert.

Trotz dieser Schwierigkeiten wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gasgemisch über eine Platinkatalysatorschicht zur Oxidation des Kohlenmonoxyds in Kohlendioxyd und anschließend über einen Kohlendioxydabsorber ständig umgewälzt wird.

Vorzugsweise besteht die Katalysatorschicht aus Aluminiumoxydkörnern, die mit einer Platinmenge zwischen 1 und Gewichtsprozent des Aluminiumoxyds imprägniert sind. Bevor das Gasgemisch die Katalysatorschicht durchströmt, wird es auf eine Temperatur unter 5O°C erhitzt. Die Durchsatzmenge des umgewälzten Gasgemischs wird in Abhängigkeit von der Dicke der Katalysatorschicht gewählt, so daß die Kontaktierungszeit des Gasgemischs mit der Katalysatorschicht mehr als 0,4 Sekunden beträgt.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung hat in bekannter Weise eine versenkte Arbeitskammer, die ein von den Tauchern einatembares Gasgemisch enthält und mit einem Regenerationskreis für das Gasgemisch ausgestattet ist_? der eine Ansaugvorrichtung hat, die eine bestimmte Gasmenge in die Kammer saugt und die sie in dem Kreis umwälzt, sowie einen Kohlendioxydabsorber.

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Bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung hat der Regenerationskreis außerdem vor dem Kohlendioxydabsorber eine Platinkatalysatorschicht zur Oxidation des Kohlenmonoxyds, das durch das Schweißen erzeugt wird/ in Kohlendioxyd.

Außerdem hat eine Vorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise ein Staubfilter und einen Gasvorwärmer, die vor der Katalysatorschicht angeordnet sind, und weiterhin einen Kondensor und einen Gasvorwärmer, die hinter dem Kohlendioxydabsorber angeordnet sind.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung hat vorzugsweise zwei Behälter, die in dem Regenerationskreis parallel angeordnet sind und von denen jeder Aluminiumoxydkörner enthält, die mit einem Katalysator imprägniert sind, der aus Platin in einer Menge von 1 bis 2 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd zusammengesetzt ist. Die Behälter sind mit Sperrventilen versehen, so daß das Gasgemisch über die Aluminiumoxydkörner umgewälzt werden kann, die in einem Behälter enthalten sind, während die Aluminiumoxydkörner, die in dem zweiten Behälter enthalten sind, einer Katalysatorregenerationsbehandlung unterworfen werden.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung hat außerdem ein Katalysatorregenerationsgerät mit einem Kochbehälter, der flüssiges Methanol enthält, mit einer Waschkolonne, in der der Katalysator angeordnet ist, die unten verschlossen ist, die über dem Behälter angeordnet ist, und die einerseits einen Entleerungssiphon hat, der von dem unteren Ende der Kolonne ausgeht und in dem Behälter mündet, und andererseits eine Abzweigleitung, in der die Methanoldämpfe umgewälzt werden und die das obere Ende des Behälters mit dem oberen Ende der Kolonne verbindet, und mit einem Kugelkondensor, der über der Kolonne angeordnet ist und der unten offen ist, so daß

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das kondensierte Methanol zu dem Katalysator zurückfällt und dann über den Siphon in den Behälter zurückkehrt.

Das Ergebnis der Erfindung ist die Unterdrückung von CO, das durch das Schweißen erzeugt wird, so daß es möglich ist, unter Wasser in einer Überdruckkammer zu schweißen, ohne daß die Schweißer Atemgeräte tragen müssen, und ohne daß sie Gefahr laufen, zu ersticken.

Trotz der Vorteile, die die Möglichkeit bietet, unter Wasser Schweißarbeiten durchzuführen, wobei vermieden wird, daß die Schweißer gezwungen sind, ein Atemgerät zu tragen, wurden solche Schweißarbeiten bisher wegen der großen Gefahr infolge der Erzeugung von CO durch die Schweißarbeiten nicht verwirklicht. Im Laufe von Versuchen wurde gemessen, daß zwei Schweißer, die mit ummantelten Elektroden Lichtbogen schweißen, etwa 0,5 1/ Minute CO erzeugen, was sehr schnell zu einem giftigen CO-Gehalt führt. Die sichere Entfernung des CO aus einer Schweißkammer führt zu sehr schwer zu lösenden Problemen.

Wenn man versucht, das CO durch chemische Bindung an einer Zusammensetzung zu beseitigen, nutzt man die Reduktionseigenschaften des CO aus, wobei die Zusammensetzungen, die unter einfachen Arbeitsbedingungen erhalten werden, Metallkarbonyle oder Phosgengas sind, die noch giftiger als CO sind.

Die nicht katalytische Oxidation von CO in CO« erfordert die Zufuhr von Energie und ist bei der üblichen Temperatur völlig vernachlässigbar. Die Erwärmung des einatembaren Gemischs und dessen Kühlung danach unter genau gesteuerten Temperaturbedingungen führen zu komplizierten Einrichtungen.

Gemäß der Erfindung wird das CO dadurch beseitigt, daß es durch katalytische Oxidation in CO₂ umgewandelt wird,

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und daß das CO₂, das gleichzeitig mit dem CO₂ gebildet wird, das durch die Atmung der Schweißer erzeugt wird, absorbiert wird.

Obwohl die katalytische Oxidation von CO in CO~ bei Industrieanlagen oder Einrichtungen im Auspuff von Verbrennungsmotoren bekannt ist, sind die Arbeitsbedingungen im Falle einer versenkten Schweißkammer völlig verschieden und führen zu Schwierigkeiten, die eine Anpassung der bekannten Anlagen und Verfahren an diesen besonderen Anwendungsfall erfordern.

Man weiß,daß in Überdruckkammern der partielle Sauerstoffdruck in Atmungsgemischen im wesentlichen konstant ist, und daß der Gewichtsanteil von Sauerstoff daher mit der Tiefe abnimmt. Z.B. ist bei einem Helium-Sauerstoffatmungsgemisch, das für eine Eintauchtiefe bis 150 m vorgesehen ist, der Gewichtsanteil von Sauerstoff nur etwa 3 %.

Die katalytische Oxidation in einem an Sauerstoff armen Gas führt zu einer ersten Schwierigkeit. Es ist bekannt, daß der Wirkungsgrad einer katalytischen Oxidation mit der Temperatur zunimmt. Da es sich jedoch um ein Atmungsgemisch handelt, muß dieses in die Arbeitskammer mit einer Temperatur zurückgebracht werden, die 35° nicht übersteigt. Man kann eine Vorwärmung vor dem Durchgang durch den Katalysator in Erwägung ziehen, jedoch ist vor der Rückleitung in die Kammer eine Kühlung notwendig, und um komplizierte Einrichtungen zu vermeiden, kann die Vorwärmung daher nicht sehr hoch sein. Man muß daher eine katalytische Oxidation bei einer niedrigen Temperatur von etwa 50°C maximal durchführen. Andererseits enthält die aus einer Schweißkammer kommende Luft Metallstaubteile, die Katalysatorgifte bilden. Man muß sie daher maximal ausfiItem,und den

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Katalysator häufig regenerieren, um jeden Unfall zu vermeiden.

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß das in einer Schweißkammer enthaltene Gemisch im allgemeinen infolge der Atmung der Schweißer einerseits und einer erheblichen Grenzschicht mit dem Wasser im Falle von Oberdruckkammern und bestimmten, auf das Vorhandensein von Wasser sehr empfindlichen Katalysatoren andererseits sehr feucht ist.

Schließlich muß bei einer Schweißkammer eine absolut sichere CO-Unterdrückung garantiert sein, da jeder Funktionsfehler der Anlage zum Tod der Schweißer führt. Daher müssen das Verfahren und die Vorrichtung, die angewandt werden, um zuverlässig zu sein, ausreichend einfach sein.

Das katalytische Oxidationsverfahren gemäß der Erfindung mittels eines Platinkatalysators auf einem Träger aus Aluminiumoxydkörnern bei einer Temperatur unter 5O°C, die die Umgebungstemperatur sein kann, ermöglicht es, das CO unter der Berücksichtigung einer Kontaktierungsdauer von wenigstens 0,4 Sekunden sicher zu unterdrücken, was zu einer Katalysatorschicht von einer vernünftigen, mit den Forderungen nach einem geringen Platzbedarf in einer Unterwasserschweißkammer vereinbaren Länge und zu einem Katalysatorgewicht in der Größenordnung von einigen Kilogramm, das mit den hohen Katalysatorpreisen vereinbar ist, führt.

Die periodische Waschung des Katalysators mittels eines Methanolkondensats ermöglicht es, diesen wirtschaftlich zu regenerieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 und beispielsweise erläutert. Es zeigt:

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Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, und

Figur 2 eine Seitenansicht eines Katalysatorregenerationsapparates .

Fig. 1 zeigt eine Überdruck-Unterwasserschweißkammer 1, die mit einem Atmungsgemisch, z.B. einem Helium-Sauerstoffgemisch gefüllt ist. Die Zusammensetzung des Gemischs hängt bekannterweise von dem Druck in der Kammer ab.

Diese Kammer wird z.B. dazu verwendet, um am Meeresgrund die Enden zweier Rohre zusammenzuschweißen, die zuvor ausgerichtet und zugeschnitten wurden.

Die zu lösende Aufgabe besteht darin, es den Schweißern zu ermöglichen, in der Kammer ohne Atemgerät zu arbeiten, indem sie das in der Kammer enthaltene Gasgemisch einatmen .

Hierzu hat die Kammer einen Regenerationskreis 2, über den das Gasgemisch kontinuierlich in einer solchen Durchsatzmenge umgewälzt wird, daß das gesamte Gasvolumen mehrmals pro Stunde durchläuft.

Der Regenerationskreis hat ein Staubfilter 3, das hauptsächlich dazu bestimmt ist, die Metallpartikel und die Metalloxyde festzuhalten, die in der Luft suspendiert sind und die Katalysatorgifte bilden. Der Kreis 1 hat einen Umwälzer 4, der z.B. aus einem Ventilator besteht. Hinter dem Ventilator befindet sich ein Vorwärmer 5, der z.B. aus elektrischen Widerständen oder einem mit heißen Wasser arbeitenden Wärmetauscher besteht und es ermöglicht, das Gas-gemisch etwas vorzuwärmen, um es auf eine Temperatur von etwa 5O°C zu bringen.

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Hinter dem Vorwärmer 5 sind zwei Katalysatorschichten 6a, 6b derart parallel angeordnet, daß man die gesamte Durchsatzmenge über eine der Schichten leiten kann, während die andere regeneriert wird.

Die Katalysatorschichten bestehen vorzugsweise aus AIuminiumoxydkörnern oder -kugeln, die etwa 1 bis 2 % Platin enthalten, die auf einem Sieb angeordnet sind und. über die umgewälzten Gase strömen.

Die Umwälzbedingungen der Gase über die katalytisch^ Schicht sind in erster Linie derart, daß die sichere Oxidation des Kohlenmonoxyds bei niedriger Temperatur in einem Gemisch erreicht wird, das einen Anteil Sauerstoff enthält, der bis herab zu 3 % reichen kann.

Diese Umwälzbedingungen werden einerseits durch die Gasumwälzgeschwindigkeit und andererseits durch die Geometrie des Filters bestimmt.

Die Schwierigkeit besteht darin, einerseits eine hohe Gasdurchsatzmenge, die es ermöglicht, das gesamte, in der Kammer enthaltene Gasvolumen mehrmals umzuwälzen und zu vermeiden, daß der CO-Gehalt in der Kammer die Giftigkeitsschwelle erreicht, und andererseits wegen des hohen Preises mit der geringstmöglichen Menge an Katalysator zu vereinigen.

Systematische Versuche haben es ermöglicht zu zeigen, daß ein gutes Ergebnis erreicht wird, wenn eine Kontaktierungszeit des Gases mit dem Katalysator von wenigstens 0,4 Sekunden sichergestellt wird und eine Umwälzgeschwindigkeit der Gase über den Katalysator von weniger als 20 cm/Sekunden eingestellt wird.

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Unmittelbar hinter den Katalysatorschichten hat der Regenerationskreis zwei C0₂~Absorber 7a und 7b, die parallel oder in Reihe angeordnet sein können. Diese Absorber sind z.B. natriumhaltiger Kalk.

Dahinter befindet sich ein Entfeuchter 8, der es ermöglicht, einen Teil des Wasserdampfes zu beseitigen, der in dem Gasgemisch enthalten ist. Dieser Feuchtigkeitsentzug wird z.B. dadurch erreicht, daß man das Gasgemisch in Berührung mit kalten Wänden umwälzt, an denen das Wasser kondensiert, z.B. in Berührung mit dem Verdampfer eines Kühlgeräts. Die Kondensation führt zu einer Kühlung der Luft und deshalb ist der Kondenser vorzugsweise hinter dem Katalysator und dem CO^-Absorber angeordnet, um die Luft vor dem Durchgang durch den Katalysator nicht zu kühlen. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß ein hoher Feuchtigkeitsgehalt der Luft die Wirksamkeit des Platinkatalysators nicht verringert und daß im Gegenteil diese Wirksamkeit mit dem Wassergehalt des Gasgemischs zunimmt. Der Kondenser kann durch ein das Wasser absorbierendes Material wie ein Kieselgel ersetzt werden.

Hinter dem Kondenser '8 hat der Regenerationskreis einen oder mehrere Vorwärmer 9a, 9b, die es ermöglichen, die Temperatur in der Schweißkammer zu regulieren.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Gerätes zur Regeneration des Katalysators.

Dieses Gerät ist ein Destilliergerät, das einen Kochbehälter 10 hat, der Methanol 11 enthält und der über einem Heizgerät angeordnet ist. Über dem Behälter ist eine Kolonne 13 angeordnet, in der der Katalysator 14 angeordnet ist. Das untere Ende der Kolonne 13 ist durch eine Wand 15 verschlossen und die Methanoldämpfe steigen durch eine Leitung 16 die Kolonne überbrückend auf und kondensieren in einem Kugelkondensor 17_r der durch einen KaIt-

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wasserstrom gekühlt wird.

Das Kondensat fällt auf den Katalysator 14, wäscht ihn und sammelt sich am Boden der Kolonne 13. Diese ist mit einem Entleerungssiphon 18 versehen, der automatisch
zu arbeiten beginnt, wenn das Methanolniveau das obere Ende des Siphons erreicht und ein neuer Zyklus beginnt. Nach zwei bis zehn Zyklen ist die Regeneration beendet.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Unterwasserschweißen in einer versenkten Kaitimer/ die mit einem von den Schweißern einatembaren Gasgemisch gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch zunächst über eine Platinkatalysatorschicht zur Oxidation des durch das Schweißen erzeugten Kohlenmonoxyds in Kohlendioxyd und dann durch einen Kohlendioxydabsorber ständig umgewälzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschicht aus Aluminiumoxydkörnern, die mit einer Platinmenge von 1 bis 2 Gewichtsprozent des Aluminiumoxyds imprägniert sind, besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch auf eine Temperatur unter 5O°C erhitzt wird, bevor es die Katalysatorschicht durchläuft.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzmenge des umgewälzten Gases und die Dicke der Katalysatorschicht derart sind, daß die Kontaktierungszeit des Gasgemischs mit der Katalysatorschicht langer als 0,4 Sekunden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasgemisch, nachdem das Kohlendioxyd absorbiert wurde, Feuchtigkeit entzogen wird,, und daß es danach erhitzt wird, um die Temperatur im Inneren der Kammer zu regulieren.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer versenkten Arbeitskammer, die ein einatembares Gasgemisch enthält und mit einem Kreis zur Regeneration des Gasgemischs

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versehen ist, der aus einer Ansaugvorrichtung, die eine bestimmte Menge des Gasgemischs in die Kammer saugt und es in dem Regenerationskreis umwälzt, \md einem Kohlendioxydabsorber besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationskreis (2) vor dem Kohlendioxydabsorber (7a, 7b) eine Platinkatalysatorschicht (6a, 6b) zur Oxidation des Kohlenmonoxyds, das durch das Schweißen erzeugt wird, in Kohlendioxyd aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationskreis (2) außerdem ein Staubfilter (3) und einen Gasvorwärmer (5) hinter der Katalysatorschicht (6a, 6b) hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationskreis (2) außerdem einen Kondensor (8) und einen Gasvorwärmer (9a, 9b) hinter dem Kohlendioxydabsorber (7a, 7b) hat.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationskreis (2) zwei Behälter (6a, 6b) hat, die Aluminiumcxydkörner enthalten, die mit einem aus Platin bestehenden Katalysator in einer Menge von 1 bis 2 Gewichtsprozent des Aluminiumoxyds imprägniert sind, und daß die Behälter (6a, 6b) parallel angeordnet und mit Sperrventilen versehen sind, so daß das Gasgemisch über die Aluminiumoxydkörner umgewälzt werden kann, die in einem Behälter enthalten sind, während die Aluminiumoxydkörner, die in dem zweiten Behälter enthalten sind, einer Katalysatorregenerationsbehandlung unterworfen werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Katalysatorregenerationsgerät, bestehend aus einem Kochbehälter (10), der flüssiges Methanol (11) enthält, einer Waschkolonne (13), in der der Katalysator (14) angeordnet ist, die unter verschlossen ist,

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die über dem Behälter (10) angeordnet ist und die einerseits einen Entleerungssiphon (18) hat, der unten an die Kolonne (13) angeschlossen ist und in den Behälter (10) mündet, und andererseits eine Abzweigleitung (16), in der die Methanolgase umgewälzt werden und die den Behälter (10) oben mit dem oberen Ende der Kolonne (13) verbindet, und einen Kugelkondensor (17), der über der Kolonne (13) angeordnet ist und der unten offen ist, so daß kondensiertes Methanol auf den Katalysator (14) zurückfällt und dann über..den Siphon (18) in den Behälter (10) zurückkehrt.

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